تحسين كفاءة الطاقة للمراوح وتحليل التكلفة والفوائد

I. المقدمة

في أنظمة التهوية واسعة النطاق المستخدمة في التعدين والصناعية والمصانع، عادةً ما يمثل استهلاك طاقة المراوح أكثر من 30% من إجمالي استخدام الكهرباء في المصنع. مع ارتفاع تكاليف الطاقة والدفع نحو تقليل الكربون، فإن ترقية أنظمة المراوح لتحقيق كفاءة أعلى لا يقتصر على خفض نفقات التشغيل فحسب، بل يدعم أيضًا أهداف التنمية المستدامة والخضراء.

II. تقنيات تحسين كفاءة الطاقة

التحكم في السرعة من خلال محرك التردد المتغير (VFD):
يتيح تركيب محرك بتردد متغير ضبط السرعة بشكل مستمر لمحرك المروحة، مما يطابق الذكاء مع المقاومة الفعلية ويقلل استهلاك الطاقة باستخدام العلاقة P∝n³.

تحسين زعانف التوجيه وقنوات التدفق:
تعمل ضبط زوايا زعانف التوجيه وتقوس الشفرات على تقليل الانفصال الهوائي وإعادة الدوران، مما يُحسن الكفاءة.

استعادة الهواء/استرجاع الحرارة:
يسمح تركيب وحدات استرجاع الحرارة عند مداخل أو في مجاري الهواء باستخدام جزء من الحرارة المهدرة لتسخين الهواء الداخل، مما يقلل من حمولة النظام بشكل غير مباشر.

إغلاق القنوات وترقية المخمدات:
يمنع إصلاح الشفاه المتسربة واتصالات القنوات، وكذلك تحسين صمامات التوازن واستراتيجيات التحكم في المخمدات، فقدان التجاوز غير الضروري.

III. دراسات الحالة

الحالة 1: نظام التهوية الرئيسي لمناجم شنبي للفحم
قبل التحسين: ثلاث مراوح تدفق محوري بقدرة 400 kW؛ استهلاك الطاقة السنوي ≈ 10,512 MWh
إجراءات التحسين:

• تركيب محركات التردد المتغير لضبط السرعة حسب الطلب

• تحسين زعانف التوجيه واغلاق جسم المروحة
  بعد التحسين: وفورات في الطاقة السنوية بنسبة 28%، ≈ 2,943 MWh/سنويًا
  الأثر الاقتصادي:

• الاستثمار: 2 مليون RMB

• عند 0.6 RMB/kWh، التوفير السنوي ≈ 1.76 مليون RMB

• فترة الاسترداد ≈ 1.14 سنة

الحالة 2: مراوح إعادة دوران لمصنع صناعي كبير
قبل التحسين: مروحتان طرد مركزي بقدرة 200 kW، تدفق هواء زائد، تجاوز متكرر
إجراءات التحسين:

• إعادة تصميم زعانف التوجيه وتطبيق محركات التردد المتغير

• تركيب لفائف استرجاع الحرارة لاستخدام حرارة العادم في التدفئة خلال الشتاء
  بعد التحسين: زيادة كفاءة الطاقة للمروحة بنسبة 22%، توفير سنوي مجمع في الكهرباء والوقود ≈ 680,000 RMB
  الأثر الاقتصادي:

• الاستثمار: 1.2 مليون RMB

• التوفير السنوي الإجمالي ≈ 820,000 RMB

• فترة الاسترداد ≈ 1.46 سنة

IV. طرق تقييم التكلفة والفائدة

الاستثمار الأولي:
المعدات (VFDs، زعانف توجيه، وحدات استرجاع) + تكاليف التركيب والتشغيل

وفورات الطاقة السنوية:
الوفورات السنوية = (الكهرباء المحفوظة [kWh] × سعر الكهرباء) + (الفحم المحفوظ [طن] × سعر الفحم)

فترة الاسترداد البسيطة (PB):
PB (بالسنوات) = الاستثمار الأولي / الوفورات السنوية

القيمة الحالية الصافية (NPV) ومعدل العائد الداخلي (IRR):
للمشاريع طويلة الأجل، يوصى بحساب NPV وIRR لتقييم التدفقات النقدية وتكاليف رأس المال بشكل شامل.

V. نقاط التنفيذ والسيطرة على المخاطر

• المسح الميداني: قياس دقيق لمنحنيات مقاومة القنوات وتقلبات الحمولة لمطابقة حلول التحسين

• اختيار المعدات: استخدام محركات VFD عالية الأداء مناسبة للبدء بحمل ثقيل والتشغيل بسرعات منخفضة

• الاختبار والقبول: إجراء اختبارات الأداء في الموقع بعد التحسين، ومعايرة توقعات نموذج CFD بالبيانات الحقيقية

• تدريب العمليات والصيانة: تدريب النظامي للمشغلين وطاقم الصيانة لضمان تشغيل مستقر لنظام VFD واسترجاع

• الأمان والامتثال: ضمان أن جميع الأعمال تتوافق مع معايير الحماية ضد الانفجارات الكهربائية والضوضاء والاهتزازات لحماية الأفراد والموقع

VI. الخاتمة

يمكن لعمليات تحسين كفاءة الطاقة للمروحة باستخدام التحكم في السرعة عن طريق VFD، الأمثل الجوي، واسترجاع الحرارة تحقيق استرداد عادةً في غضون 1-2 سنوات، مما يوفر تخفيضات طويلة الأجل في تكاليف الكهرباء والوقود. عند اقترانها بتقييم علمي للتكلفة والفائدة وإدارة تنفيذ صارمة، يمكن لهكذا مشاريع تحقيق أقصى إمكانيات توفير الطاقة والمساعدة في تحقيق تشغيل نظام تهوية فعال، أخضر، ومستدام.